论文部分内容阅读
[摘 要]20世纪 40年代，扩频通信技术作为一种新兴的通信方式在我国逐渐发展起来，由于其抗干扰能力强的特点使得扩频通信逐渐从军用扩展到民用。目前，扩频通信主要应用在军事通信、移动通信、民用卫星通信和测距定位等领域当中。随着扩频通信技术的不断完善，其应用领域还将会进一步扩展。本文就扩频通信技术原理及其应用进行探讨。
[关键词]扩频通信技术；工作原理；应用
中图分类号：R123.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0361-01
1 扩频通信的工作原理
扩展频谱通信（spread Spectrum Communication，简称扩频通信）.是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。著名的香农定理（Shnoon Theorem）中用公式C=Wlog（1+PIN）阐述了信道容量C、带宽w、有用信号P和无用白噪声N之间的定量关系。其原含义是：如果有用信号功率P和无用白噪声功率N是确定的，那么只要采用合适的编码系统来确定传输信号的带宽w，就能够有效地完成信道容量为C的可靠通信。专业人士由香农定理得出以下重要结论：在满足信道容量要求，并能可靠传输的前提下，信号的传输带宽和信噪比之间是可以互相变换的，即可以通过牺牲传输带宽的办法.实现低信噪比的可靠传输，这就是扩频通信技术的核心。
扩频通信的基本工作原理就是根据以上推论实现的。在信号发送端.首先将信息調制形成数字信号，该数字信号经扩频发生器产生的扩频码序列调制后，信号的频带被展宽，展宽后的信号再凋制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，经变频至中频，然后由本地产生的与发端柑同的扩频码序列去相关解扩，再经过信息解调，恢复成原始信息输出。
概括起来讲，一般的扩频通信系统都要经过三次涮制和相应的解凋、第一步为信息调制，将信息源形成基带数字信号；第二步用扩频码对基带数字信号进行扩频调制形成十频信号；最后，对展宽了频谱的中频信号进行射频凋制形成高频信号，再由天线发射出去。收信是发信的逆过程。即二次相反的解调过程。由此可见，与常规的无线通信系统相比，扩频通信增加了扩频凋制与解扩部分。
2 扩频通信技术的应用
2.1 扩频通信技术在军事中的应用
扩频通信最早就是应用在军事中，国家的国力都体现在军事上。由于扩频通信技术具有保密性良好的特点，正适合军事中保密工作的需求，因此扩频通信是军事领域中的重要通信方式。目前，该技术被广泛应用到军事通信反对抗、通信信息系统和武器系统中。在海、路、空三个方面的战争通信中，扩频通信不仅使得保密性良好，而且使得电台具有更强的抗干扰性能。
2.2 扩频通信技术在移动通信中的应用
移动通信与我们的日常生活密不可分。近年来，扩频通信技术在数字蜂窝移动通信中的应用越来越广泛，一方面提高了频率利用率，另一方面也提高了抗共道干扰的能力。应用扩频通信的CDMA系统，分配给不同移动台特有的并且互不相关的随机码序列，这就大大方便了对每个移动台发送的信号进行区分，并且增加了信道中所能够容纳的用户的数量，频谱利用率大大提高，相比于传统的CDMA系统，频谱利用率提高了20倍。此外，扩频通信技术对克服多径效应的影响也具有很好作用。
2.3扩频通信技术在卫星通信领域中的应用
前面已经提到，扩频通信在军事卫星通信中已经应用的十分广泛了，而近年来，其在民用卫星通信领域中的应用也逐渐发展起來。基于扩频通信的CDMA系统不仅具有灵活性较高的组网技术，而且具有很强的承受过载的能力，使得扩频通信技术在民用卫星通信领域的应用效果十分显著。扩频码CDMA和用伪随机序列进行频谱扩展应用到卫星通信中，能够达到既扩散能量，又减少干扰的双重目的。
2.4扩频通信技术在测距定位中的应用
扩频通信技术除了应用在军事和通信领域中，还可应用在测距定位系统中。GPS卫星定位系统是两个载波频率由多星共用来进行定位信号的发送，所以在GPS中应用扩频CD-MA来实现对卫星地址的区分。其中，每个特定的不同伪随机序列分给每颗卫星，测距定位的精度与码片的宽度息息相关，随码片宽度变窄，精确度越来越高。此外，由于扩频通信具有抗干扰能力强的特点，使得测距定位时的抗干扰能力大大提高。又因测距定位中应用的是无源方式，系统中的用户数的容纳量大大提升。
3 扩频通信的发展趋势与限制
从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未来，第四代移动通信系统（4G）的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。
扩频通信受到的限制主要来自技术方面。对直接序列扩频的限制在于用很高的PN码率进行扩频调制，目前采用CMOS使最大的时片率可达70Mchips/s，而采用砷化镓FET器件，则可高达2Gchips/s。对跳频（FH）的限制在于频率合成器的高速转换而又无杂波产生，现在数字控制振荡器可以产生这样的信号，在20MHz带宽内跳频速率高达1M跳/秒。此外，重叠在同一频带上的用户数对扩频通信也是一个限制，重叠越多，信噪比越低，差错概率增加，这就需要通过分配频带或制定法规来提高频带的利用率。毋庸置疑，扩展频谱通信技术将在克服这些限制的过程中不断成熟、向前发展，为人类社会做出更大的贡献。
扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术，这种技术有着广阔的发展前景。随着越来越广泛的应用和研究，新技术将会不断涌现。
参考文献
[1] 刘瑾瑾，李培培，臧俊杉，等.扩频通信技术及应用[J].科学与财富，2015（9）：108-109.
[2] 高文欢.扩频通信技术浅析[J].中国无线电，2015（8）：40-41.
[关键词]扩频通信技术；工作原理；应用
中图分类号：R123.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0361-01
1 扩频通信的工作原理
扩展频谱通信（spread Spectrum Communication，简称扩频通信）.是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。著名的香农定理（Shnoon Theorem）中用公式C=Wlog（1+PIN）阐述了信道容量C、带宽w、有用信号P和无用白噪声N之间的定量关系。其原含义是：如果有用信号功率P和无用白噪声功率N是确定的，那么只要采用合适的编码系统来确定传输信号的带宽w，就能够有效地完成信道容量为C的可靠通信。专业人士由香农定理得出以下重要结论：在满足信道容量要求，并能可靠传输的前提下，信号的传输带宽和信噪比之间是可以互相变换的，即可以通过牺牲传输带宽的办法.实现低信噪比的可靠传输，这就是扩频通信技术的核心。
扩频通信的基本工作原理就是根据以上推论实现的。在信号发送端.首先将信息調制形成数字信号，该数字信号经扩频发生器产生的扩频码序列调制后，信号的频带被展宽，展宽后的信号再凋制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，经变频至中频，然后由本地产生的与发端柑同的扩频码序列去相关解扩，再经过信息解调，恢复成原始信息输出。
概括起来讲，一般的扩频通信系统都要经过三次涮制和相应的解凋、第一步为信息调制，将信息源形成基带数字信号；第二步用扩频码对基带数字信号进行扩频调制形成十频信号；最后，对展宽了频谱的中频信号进行射频凋制形成高频信号，再由天线发射出去。收信是发信的逆过程。即二次相反的解调过程。由此可见，与常规的无线通信系统相比，扩频通信增加了扩频凋制与解扩部分。
2 扩频通信技术的应用
2.1 扩频通信技术在军事中的应用
扩频通信最早就是应用在军事中，国家的国力都体现在军事上。由于扩频通信技术具有保密性良好的特点，正适合军事中保密工作的需求，因此扩频通信是军事领域中的重要通信方式。目前，该技术被广泛应用到军事通信反对抗、通信信息系统和武器系统中。在海、路、空三个方面的战争通信中，扩频通信不仅使得保密性良好，而且使得电台具有更强的抗干扰性能。
2.2 扩频通信技术在移动通信中的应用
移动通信与我们的日常生活密不可分。近年来，扩频通信技术在数字蜂窝移动通信中的应用越来越广泛，一方面提高了频率利用率，另一方面也提高了抗共道干扰的能力。应用扩频通信的CDMA系统，分配给不同移动台特有的并且互不相关的随机码序列，这就大大方便了对每个移动台发送的信号进行区分，并且增加了信道中所能够容纳的用户的数量，频谱利用率大大提高，相比于传统的CDMA系统，频谱利用率提高了20倍。此外，扩频通信技术对克服多径效应的影响也具有很好作用。
2.3扩频通信技术在卫星通信领域中的应用
前面已经提到，扩频通信在军事卫星通信中已经应用的十分广泛了，而近年来，其在民用卫星通信领域中的应用也逐渐发展起來。基于扩频通信的CDMA系统不仅具有灵活性较高的组网技术，而且具有很强的承受过载的能力，使得扩频通信技术在民用卫星通信领域的应用效果十分显著。扩频码CDMA和用伪随机序列进行频谱扩展应用到卫星通信中，能够达到既扩散能量，又减少干扰的双重目的。
2.4扩频通信技术在测距定位中的应用
扩频通信技术除了应用在军事和通信领域中，还可应用在测距定位系统中。GPS卫星定位系统是两个载波频率由多星共用来进行定位信号的发送，所以在GPS中应用扩频CD-MA来实现对卫星地址的区分。其中，每个特定的不同伪随机序列分给每颗卫星，测距定位的精度与码片的宽度息息相关，随码片宽度变窄，精确度越来越高。此外，由于扩频通信具有抗干扰能力强的特点，使得测距定位时的抗干扰能力大大提高。又因测距定位中应用的是无源方式，系统中的用户数的容纳量大大提升。
3 扩频通信的发展趋势与限制
从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未来，第四代移动通信系统（4G）的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。
扩频通信受到的限制主要来自技术方面。对直接序列扩频的限制在于用很高的PN码率进行扩频调制，目前采用CMOS使最大的时片率可达70Mchips/s，而采用砷化镓FET器件，则可高达2Gchips/s。对跳频（FH）的限制在于频率合成器的高速转换而又无杂波产生，现在数字控制振荡器可以产生这样的信号，在20MHz带宽内跳频速率高达1M跳/秒。此外，重叠在同一频带上的用户数对扩频通信也是一个限制，重叠越多，信噪比越低，差错概率增加，这就需要通过分配频带或制定法规来提高频带的利用率。毋庸置疑，扩展频谱通信技术将在克服这些限制的过程中不断成熟、向前发展，为人类社会做出更大的贡献。
扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术，这种技术有着广阔的发展前景。随着越来越广泛的应用和研究，新技术将会不断涌现。
参考文献
[1] 刘瑾瑾，李培培，臧俊杉，等.扩频通信技术及应用[J].科学与财富，2015（9）：108-109.
[2] 高文欢.扩频通信技术浅析[J].中国无线电，2015（8）：40-41.